《基於分形的電漿鞘套湍流隨機相位屏模擬研究》是依託西安電子科技大學，由李江挺擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於分形的電漿鞘套湍流隨機相位屏模擬研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李江挺
- 依託單位：西安電子科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
高速飛行器表面電漿鞘套中的湍流微結構對飛行器的通訊聯絡產生不可忽略的影響，是飛行器空間通信亟待解決的關鍵課題之一。本項目以研究電磁波在電漿鞘套湍流中的傳播特性為目的，提出基於分形的電漿鞘套湍流中電波傳播隨機相位屏方法。首先，針對電漿鞘套湍流的非線性流動特性，建立可壓縮湍流的大渦模型。其次，給出滿足湍流脈動的速度遠小於平均流動速度條件下，湍流介質的折射係數模型，推導穿過湍流電磁波波前分維及湍流頻譜指數，建立電漿鞘套湍流的分形模型。最終,採用隨機中點位移算法以及多層特定分形指數的相位屏疊加法，模擬電漿鞘套湍流對電磁波傳播的影響，分析信號的色散、相位閃爍以及幅度閃爍。為研究再入過程中通信信號的隨機起伏現象提供了一種可行的新思路，對飛行器無線信道特性分析具有指導性意義。
結題摘要
高速飛行器表面電漿鞘套中的湍流微結構對飛行器的通訊聯絡產生不可忽略的影響，是飛行器空間通信亟待解決的關鍵課題之一。本項目以研究電磁波在電漿鞘套湍流中的傳播特性為目的，提出基於分形的電漿鞘套湍流中電波傳播隨機相位屏方法。研究了高速飛行器外圍電漿鞘套內湍流微結構的形成機理、結構特徵以及介電特性，分析了電漿鞘套內湍流結構與電磁波的相互作用機制，計算了電漿鞘套內湍流結構對電磁波傳播的幅頻相特性的影響，建立了複雜電漿湍流結構中的電波傳播模型。 首先，課題組從電漿鞘套湍流微結構形成機制的理論分析出發，推導電漿鞘套流場的控制方程組，建立高超聲速飛行器電漿鞘套流場仿真模型。針對高速飛行器電漿鞘套湍流的流動特性，考慮到時變電漿鞘套中溫度，壓強，電子密度，碰撞頻率為時間的函式，仿真分析這些時變參量對電磁波傳播的影響。其次，基於高超聲速流場實驗數據，建立電漿鞘套湍流微結構分形模型；開展基於分形的電漿鞘套湍流隨機相位屏數值模擬研究，建立高超聲速湍流各向異性功率譜，分析電漿鞘套湍流微結構對電磁波傳播特性的影響。並在分析電漿鞘套介電常數的基礎上，推導了線性衰減的衰減係數以相位常數的表達式，並將其推廣到非線性衰減的情況，計算了衰減常數以及相位常數。最終，採用粗糙面上燒蝕粒子散射的四路徑模型，研究了不同粗糙程度下燒蝕顆粒層對電磁波的散射特性。根據飛行器流場參數及電漿鞘套的電磁參數分布特點，採用WKB方法仿真分析了高速運動電漿對電磁波傳播特性的影響。並且採用JEC-FDTD方法研究了三維時空非均勻電漿鞘套的電磁波散射特性。 該工作為研究再入過程中通信信號的隨機起伏現象提供了一種可行的新思路，對飛行器無線信道特性分析具有指導性意義。
